CN106811700A - 一种厚规格抗酸性x60ms热轧卷板及其制造方法 - Google Patents

一种厚规格抗酸性x60ms热轧卷板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种厚规格抗酸性X60MS热轧卷板及其制造方法,该钢板成分按重量百分比计如下:C 0.050%-0.070%、Si 0.15%-0.25%、Mn 1.35%-1.45%、Nb 0.025%-0.045%、Ti 0.008%-0.025%、Mo 0.06%-0.10%、Cr 0.08%-0.18%、Als 0.015%-0.045%、P≤0.015%、S≤0.0015%、N≤0.006%,余量为Fe和不可避免杂质;制造方法:铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—连铸—板坯加热-轧制-冷却—卷取,连铸板坯在500-850℃温度直接进行热装炉加热,经步进式加热炉加热至1160-1200℃出炉;两阶段控制轧制,层流冷却以10-30℃/s的速度冷却,500-560℃卷取。本发明合金设计简单、合理,降低生产成本,产品综合性能优异,特别是抗酸性和低温断裂韧性。

Description

一种厚规格抗酸性X60MS热轧卷板及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明属于高强度低合金钢领域,尤其涉及一种油气输送用管线钢及其热乳卷板 的制造方法。
背景技术
[0002] 腐蚀是管线失效事故的主要原因,多方面的统计数字表明,在含有湿H2S的介质作 用下,油气输送管道极易产生腐蚀。管线在遭受H2S腐蚀时,可能发生均匀腐蚀、坑蚀、氢鼓 泡、氢诱发阶梯裂纹,氢脆及应力腐蚀开裂等,且各种腐蚀形式互相促进,最终导致管材开 裂并引发大量恶性事故,造成了巨大经济损失和环境污染。在H2S腐蚀引起的管道破坏中, 氢致裂纹(Hydrogen Induced Cracking以下简称HIC)及硫化物应力腐蚀破裂(Sulfide Stress Corrosion Cracking,以下简称SSCC)占相当大的比例,造成的破坏也最大。
[0003] 依据美国腐蚀工程师协会(NACE)定义,在含有水和H2S的天然气中,当H2S分压< 300Pa时,则为酸气,必须对管材提出抗酸性检验要求。而影响产品抗酸性的主要因素是非 金属夹杂物和组织偏析等,特别是规格较厚的产品需要重点控制心部组织偏析。
[0004] 国外如日本、欧洲等,酸性环境用管线钢管的研制受到了普遍的重视,并大力推广 及应用,目前批量生产的主要是X65MS钢级,而我国在这方面的研究刚刚起步,生产还不成 熟。以下是与本发明较接近的国内外相关文献:
[0005] 《酸性环境用X65管线钢及其制造方法》(CN200510023651.3)公开的管线钢成分设 计为:。0.02%-0.05%、510.10%-0.50%、]«111.20%-1.50%、5< 0.002%、? 0.004%-0.012%^Nb 0.05%-0.07%^Ti 0.005%-0.025% ^Mo 0.05%-0.195% ^Cu < 0.35% ^Ni < 0.35%、N<0.0080%、Ca 0.0015%-0.0045%、Ca/S2 2.0。此发明采用高铌设计,成本高, 没有使用经济有益元素Cr,不足之处在于,产品的耐蚀性、厚规格产品组织的均匀性等略 差;此外该专利未提及产品的抗SSCC性能。
[0006] 《优良的抗HIC性能的钢管用热乳带钢制造方法》(JPH0681034A)公开的热乳带钢 成分设计为:C<0.08%、Si 0·15%-0·35%、Μη 0.80%-1.40%、S< 0.0020%、P< 0.015% ^Nb 0.01 %-0.05% < 0.10% ^Mo < 0.30% ^Cu < 0.35% ^Ni < 0.30% ^Ca 0.0015%-0.0035%、Ca/S 2 2.0。在此发明中能达到API 5L标准中X60MS强度要求的实施例 添加了 Cu、Ni或大量Mo,没有使用经济有益元素Cr,不但成本高,且产品的耐蚀性也略差。工 艺上加热温度2 1250°C,终乳温度2 850°C,增加能源消耗,提高制造成本和对环境的压力。 此外该专利未提及产品的抗SSCC性能。
[0007] (《无铜镍抗酸管线钢X52MS及其热乳板卷的制造方法》CN201410338917.2)公开的 钢板实施例中C( <0.040%)、Mn( < 1.10%)等强化元素含量过低,造成强度不能满足X60MS 要求,另外工艺上加热温度2 1200°C,增加能源消耗,提高制造成本和对环境的压力。
[0008] 《一种抗HIC管线钢板及其生产方法》(CN201310005953.2)所公开抗HIC管线钢板 成分设计为C 0.11%_0.13%、Si 0·20%-0·35%、Μη 1.50%-1.60%、S< 0.002%、P< 0.008%^Nb 0.020%-0.033%^Al 0.020%-0.055% 0.025%-〇. 040% ^Ti 0.010%- 0.020%。此发明易偏析元素C、Mn含量过高,易产生带状组织,不利于产品的耐腐蚀性,工艺 上最高加热温度1240°C、最高均热温度1210°C,且保温250min,能源消耗大,提高制造成本 和对环境的压力。此外该专利未提及产品的抗SSCC性能。
[0009] 《正火态抗酸管线用钢X52NS热乳板卷及其制造方法》(CN201210271608.9)公开的 X52NS热乳板卷强度低,不能达到X60MS要求,实施例厚度最大仅11.33mm,较薄产品的组织 均匀性和抗酸性易于控制,合金设计中含大量Ni、Cu、V等元素,成本高。
[0010] 文献《酸性环境用X60管线钢热乳卷板的研制》中提及的13-22mm厚规格产品,成分 设计为C <0.10 %、Si <0.35 %、Mn< 1.45 %、S< 0.002 % K 0.015 %、0< 0.002 %、H《 0.002% ^Nb < 0.050% ^Ti < 0.040% ^Mo < 0.050% ^Ni < 0.030 % ^Al < 0.050 % ^Ca < 0.0050 %、N < 0.005 %。此文献公开的合金设计过于宽泛,且含Ni而无Cr,不但成本偏高,组 织的均匀性和产品的耐蚀性也略差。以上文献在合金设计上有些采用了较多的贵重元素 Nb、Ni、V、Cu等,造成成本较高,有些采用高温加热,能源消耗大,提高制造成本和对环境的 压力。
[0011] 有些发明公开的内容中未能充分认识Mo、Cr复合添加在厚规格耐酸管线钢中的有 益作用,添加其中1种或不添加,造成组织的均匀性和产品的耐蚀性略差,另外部分文献只 提及了产品的抗HIC性能,而未考虑抗SSCC性能。
发明内容
[0012] 本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种厚规格抗酸性X60MS热乳卷板 及其制造方法,合金设计简单、合理,降低生产成本,产品综合性能优异,特别是抗酸性和低 温断裂韧性。
[0013] 本发明的目的是这样实现的:
[0014] 一种厚规格抗酸性X60MS热乳卷板,该钢板的成分按重量百分比计如下:C 0.050%-0.070% ^Si 0.15%-0.25% ^Mn 1.35 %-1.45 % ^Nb 0.025 %-〇 . 045 % ^Ti 0.008%-0.025% ^Mo 0.06 %-〇 . 10 % ^Cr 0.08 %-〇 . 18 % ^Als 0.015 %-〇 . 045 % < 0.015%、S<0.0015%、N<0.006%,余量为Fe和不可避免杂质;所述钢板厚度2 13mm。
[0015] 该钢板的显微组织为贫珠光体组织。
[0016] 本发明X60MS管线钢的成分采用C-Mn-Nb-Mo-Cr系设计,同时采用微Ti处理,结合 热机械控制乳制生产工艺获得细小的贫珠光体组织,以保证产品具优异的综合性能,其主 要元素的设计理由如下:
[0017] C:是钢中最经济、最基本、最有效的强化兀素,但是C含量的提尚对钢的延性、初 性、焊接性、抗酸性均不利,特别是C是易偏析元素,促进条带状珠光体组织的形成,对抗HIC 性能尤其不利。本发明的碳含量为〇. 050%-0.070%。
[0018] Si:脱氧元素,固溶于铁素体以提高钢的强度,但同时要损失塑性和韧性,本发明 的 Si 含量为 0·10%-0·35%。
[0019] Mn:锰具有固溶强化作用,还可降低γ—α相变温度,进而细化铁素体晶粒,同时补 偿因C含量降低而引起强度损失的主要强化元素。但是在中、低强度铁素体-珠光体管线钢 中,Mn偏析产生的带状组织在热乳过程形成了对HIC敏感的低温转换硬组织带,促进HIC和 SSCC敏感性增加。本发明的锰含量为1.35%-1.45%。
[0020] Nb:是现代微合金化管线钢中进行控制乳制的最主要元素,NbC应变诱导析出阻碍 形变奥氏体的回复、再结晶,降低相变温度,促进针状铁素体组织和M-A岛的形成。Nb可通过 细晶强化、析出强化、沉淀强化、相变强化等多中强化机制提高钢的性能,但Nb为贵重元素 且加入到一定量后强化效果不再明显,故本发明的铌含量为0.025 % -0.045 %。
[0021] Ti :是强的固氮元素,Ti/N的化学计量比为3.42。加入0.015%左右Ti时,可在板坯 连铸时形成高温稳定细小的TiN析出相,这种析出相可有效阻止连铸坯在加热过程中奥氏 体晶粒的长大,同时对改善钢焊接时热影响区的断裂韧性有明显作用。本发明的Ti含量控 制在0.008 %-0.025 %。
[0022] Mo:是强淬透性元素,抑制珠光体组织带的产生,是保证厚规格产品组织均匀性的 主要元素,同时提高Nb(C,N)的沉淀强化效果,因而Mo在提高钢的强度的同时可降低韧脆转 变温度,提高其抗HIC能力。本发明的钼含量为0.06%-0.10%。
[0023] Cr:是中淬透性元素,可弥补因降低Mo而造成的淬透性不足(Cr的价格约为Mo的六 分之一),且Cr、Mo均为强碳化物形成元素,和C的亲和力较大,能够强烈阻止C元素的扩散而 降低C偏析,二者复合添加效果更优。另外Cr还可有效提高产品的耐蚀性。本发明的铬含量 为 0·08%-0·18%〇
[0024] S:是抗酸性管线钢中极为有害的元素,急剧提高HIC和SSCC敏感性。S与Mn生成的 MnS夹杂是HIC最易成核的位置,一般通过钙处理可使MnS成为散的球状体,从而可以抑制 HIC的形成,使裂纹敏感性明显降低。本发明的S < 0.00015%。
[0025] Als:脱氧元素,添加适量的铝可形成细小弥散的AlN粒子,有利于细化晶粒,提高 钢的强韧性能,本发明的Als含量控制在0.015%-0.045%。
[0026] P:是钢中不可避免的杂质元素,同时是易偏析元素,造成成分和组织的不均匀,增 大裂纹敏感性。本发明的P < 〇. 〇 15 %。
[0027] N:是钢中不可避免的杂质元素。本发明的N <0.006 %。
[0028] 一种厚规格抗酸性X60MS热乳卷板的制造方法,包括铁水预处理一转炉冶炼一炉 外精炼一连铸一板坯加热一乳制一冷却一卷取,
[0029] (1)铁水预处理:铁水预处理进行深脱硫,同时扒净铁水脱硫渣;
[0030] (2)转炉冶炼:转炉顶底复合吹炼,保证终渣有较高的碱度,避免转炉内钢水回磷, 冶炼初期和末期采用较大强度的底吹氩搅拌,双挡渣出钢,并在出钢过程中加入一定量的 合成渣,以减少LF处理过程中钢水回磷;
[0031] (3)炉外精炼:采用RH+LF真空精炼处理,RH炉可大幅度降低0、Ν、Η等气体杂质含 量,LF炉中保持较高的钢渣碱度,再次进行深脱硫处理,同时钢水在炉外精炼后进行钙处 理,保证钢中夹杂物完全球化;
[0032] (4)连铸:中间包钢水采用低过热度,全程保护浇注,必须投入动态轻压下,严格控 制连铸坯的中心偏析和中心疏松,保证连铸坯质量。铸坯厚度200mm以下,其凝固冷却速率 远远大于传统的厚板坯,二次枝晶间距大幅度减小;
[0033] (5)板坯加热:连铸板坯在500_850°C温度直接进行热装炉加热,连铸板坯经步进 式加热炉加热至1160-1200°C出炉;
[0034] (6)乳制:板坯加热后经粗乳及精乳机组两阶段控制乳制,粗乳的终乳温度为980-1050°C,精乳开乳温度< 960°C,精乳终乳温度为780-840°C;
[0035] (7)冷却:随后卷板采用层流冷却方式以10-30°C/s的速度均匀冷却,在500-560°C 进行卷取。
[0036] 本发明采用C-Mn-Nb-Mo-Cr系设计的抗酸性X60MS管线钢,充分发挥微合金元素的 强韧化作用特别是Mo、Cr元素复合效果,结合中薄板坯短流程连铸连乳生产工艺乳制成卷 板,经成形制成焊管可广泛应用到油气输送管道建设上,产品各项指标均满足API SPEC 5L 规范及中石油中石化通用技术条件要求,具备突出的经济效益和良好的社会效益。
[0037] 本发明的额有益效果在于:
[0038] (1)合金设计简单、合理,以C-Mn-Nb-Mo-Cr系设计,并采用微Ti处理,合理利用Mo、 Cr元素的复合淬透性作用,在板厚2 13_下,仍可获得均匀一致的产品组织。
[0039] (2)连铸板坯无需下线精整,且采用热装乳制技术,连铸板坯在500_850°C温度直 接热装炉,提高了热能使用效率,缩短了生产周期,大大降低生产成本。
[0040] (3)产品综合性能优异,特别是抗酸性和低温断裂韧性,不仅完全符合国家标准和 国际标准要求,而且有较明显的富余量。
[0041] (4)本发明X60MS热乳卷板经成形制成钢管,产品性能优异、波动小:管体屈服强度 Rto.5为460-540MPa,抗拉强度RmS560-630MPa,延伸率A5Q» 2 30 %,-40°C夏比冲击功Akv 2 300J,-30°C落锤撕裂试验剪切面积2 85 %,按国际NACE标准检验抗HIC性能和抗SSCC性能, 均完全符合要求。
附图说明
[0042] 图1为本发明实施例1的显微组织图。
具体实施方式
[0043] 下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
[0044] 本发明实施例根据技术方案的组分配比,进行铁水预处理一转炉冶炼一炉外精 炼一连铸一板还加热一乳制一冷却一卷取。本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢 的主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的力学性能见表3。本发明实施例钢抗HIC性能见表 4。本发明实施例钢抗SSCC性能见表5。
[0045] 表1本发明实施例钢的成分(wt%)
Figure CN106811700AD00061
[0047] 表2本发明实施例钢的主要工艺参数
[0048]
Figure CN106811700AD00071
[0049] 表3本发明实施例钢的力学性能
[0050]
Figure CN106811700AD00072
[0051 ]表4本发明实施例钢抗HIC性能 [0052]
Figure CN106811700AD00081
[0053] 注:试样表面均无氢鼓泡。
[0054] 表5本发明实施例钢抗SSCC性能
[0055]
Figure CN106811700AD00091

Claims (3)

1. 一种厚规格抗酸性X60MS热乳卷板,其特征在于,该钢板的成分按重量百分比计如 下:C 0.050%-0.070%、Si 0.15%-0.25%、Mnl.35%-1.45%、Nb 0.025%-0.045%、Ti0.008%-0.025% ^Mo0.06%-0.10% ^Cr 0.08 %-〇 . 18 % ^Als 0.015 %. 045 % <
0.015%、S<0.0015%、N<0.006%,余量为Fe和不可避免杂质;所述钢板厚度2 13mm。
2. 根据权利要求1所述厚规格抗酸性X60MS热乳卷板,其特征在于,该钢板的显微组织为贫珠光体组织。
3. —种权利要求1或2所述的厚规格抗酸性X60MS热乳卷板的制造方法,包括铁水预处理一转炉冶炼一炉外精炼一连铸一板坯加热一乳制一冷却一卷取,其特征在于: (1) 铁水预处理:铁水预处理进行深脱硫,同时扒净铁水脱硫渣; (2) 转炉冶炼:转炉顶底复合吹炼,冶炼初期和末期采用较大强度的底吹氩搅拌,双挡渣出钢,并在出钢过程中加入一定量的合成渣; (3) 炉外精炼:采用RH+LF真空精炼处理,同时钢水在炉外精炼后进行钙处理; (4) 连铸:中间包钢水采用低过热度,全程保护浇注,投入动态轻压下,铸坯厚度200mm以下; (5) 板坯加热:连铸板坯在500-850°C温度直接进行热装炉加热,连铸板坯经步进式加热炉加热至1160-1200°C出炉; (6) 乳制:板坯加热后经粗乳及精乳机组两阶段控制乳制,粗乳的终乳温度为980-1050°C,精乳开乳温度< 960°C,精乳终乳温度为780-840°C,随后卷板冷却; (7) 冷却:采用层流冷却方式以10-30°C/s的速度均匀冷却,在500-560°C进行卷取。
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